多溶洞地质条件下码头工程钻孔灌注桩施工技术

2022-11-16王余廷中交二航局第三工程有限公司

珠江水运 2022年20期

王余廷中交二航局第三工程有限公司

多溶洞地质条件具有复杂性，钻孔桩施工期间易由于不可预见因素的干扰而诱发漏浆、塌孔、卡锤埋钻等事故，严重影响施工质量和施工安全。考虑到多溶洞地质条件的特殊性，施工单位需立足现场的地质条件，规范施工，在安全的前提下施作钻孔灌注桩。因此，下文结合码头工程实例，探讨在多溶洞地质条件下的钻孔灌注桩施工技术。

1.工程概况

江西省九江港彭泽港区矶山作业区集引桥、码头平台、取水泵房平台、变电所平台、护岸于一体，布置情况如图1所示。水上引桥采用壁厚为14mm的Ф1.0m钢管桩，芯柱进入钢管桩7.5m；码头平台钻孔桩采用Ф1.5m钢护筒，壁厚10mm。陆域地形较为平坦，地貌单元属长江Ⅰ级阶地；水域近岸段地形较陡，局部形成直降陡坎。

2.多溶洞地质条件下钻孔灌注桩的施工准备

多溶洞地质条件下的钻孔作业难度大，有偏孔、漏浆乃至塌孔的可能，为规避各类钻孔异常状况，需提前做好准备工作。钻头采用半自动冲击钻，凭借频率高、冲程小、扩孔系数较低的特点有效适应现场地质条件。钻孔周边应有足够的优质粘土和粒径不超过15cm的片石，其中粘土可呈饼状并用薄膜包裹，或制作成直径为15～20cm的泥球，避免干裂。于现场准备ZL40型装载机和挖掘机各1台，钻孔时发生溶洞漏浆问题时及时启用，将片石铲起并向孔内填入粘土；为确保孔壁在溶洞漏浆时仍具有稳定性，额外准备适量钢护筒，以备不时之需；水上平台钻孔桩施工前，准备用于调运黄土石块的料斗[1]。

3.多溶洞地质条件下的钻孔灌注桩施工要点

3.1 造浆钻孔

泥浆是维持孔壁稳定性的重要材料，在溶洞填充物充实、体积小的溶洞中，泥浆可取得突出的护壁效果，因护壁的稳定性而有效提高钻孔质量。溶洞填充物具有流动性，将泥浆比重控制在1.3～1.4，造浆用土采用高塑性黏土或膨润土。钻孔期间密切关注护筒外水头高度，据此动态控制孔内泥浆高度，以高出护筒外水头1.5m左右较为合适，以防由于水头压差失控而迫使孔壁坍塌。

溶洞地质条件复杂，钻孔期间遇到的不可预见因素多。例如，岩面成分不均匀，锤头由于受力失衡而歪斜，引发卡锤、偏孔问题。岩层夹有溶洞时，开孔前先详细勘察，确定岩面标高和溶洞标高，根据此两项勘察数据确定孔深，再根据孔深要求在钻头的钢丝绳上设置标记，根据标记判断钻孔深度。钻进至溶洞顶盖周边位置时，以小冲程的方式钻进，避免卡钻。

钻头入岩后，检查钢丝绳是否偏位，根据偏位程度判断偏孔现象。钻孔过程中发生偏孔时，向孔内抛填适量片石至偏孔处以上1～2m的位置，小冲程冲击片石，促进片石由松散转变为密实状态，待锤头钢丝绳恢复中心位置时，正常钻进。钻孔偏位，如图2所示。

3.2 遇溶洞的钻孔施工

根据填充物的不同，溶洞分为有填充物和无填充物溶洞；根据结构形式的不同，溶洞分为单层溶洞和多层溶洞。溶洞形式多样，各自的特性存在差异，需要采取针对性的处理措施。在下文的分析中，考虑的是单层溶洞和多层溶洞两种形式，探讨在漏浆、塌孔等异常状况下的应对措施。

3.2.1 回填黄土块石以防漏浆

引桥陆上钻孔桩桩径1 m、长33.4m，施工范围内存在溶洞，钻进至孔深33m位置时漏浆、埋钻，钻进进程被迫中断。经调查，溶洞的规模较大，填充物不饱满。针对漏浆问题，提出如下措施：孔口钢护筒加长至3节，以免由于漏浆而导致地表失稳塌陷；冲击钻冲孔至孔的最深处，孔深达到设计要求后随即填充块石黄土，回填深度约为15m，并用锤头冲击，促使填料逐步密实，填料内部的空隙减小后，填料的体积压缩、高度降低，此时继续回填至孔深15m的位置并冲孔挤压，按该方法多次操作，使回填料充满溶洞；经现场检查后，若无漏浆问题，方可继续钻进[2]。

3.2.2 遇到流沙塌孔时的下放内护筒应对措施

引桥陆上某桩孔的桩底标高-13.5m，地面标高12.5m，溶洞含两层，位置集中在-3.49m至-8.59m和-10.39m至-12.49m处。钻进至孔深17m时漏浆，孔内逐步有溶洞填充物的流入，针对漏浆问题采取回填块石黄土的处理方法，继续钻孔至25.6m的孔深时再次漏浆，现场作业人员察觉异常后随即提起钻头，发现孔内有大量涌入的溶洞填充物，钻进施工进程中断。

溶洞填充物的流动性强，常规回填块石黄土的方法并不足以有效应对填充物异常流动的现象，为此采用下内护筒的应对措施，基本思路是：第一层溶洞顶至第二层溶洞底的高度为9m，对应内护筒由7节组成，分两段，各段的节数分别为4节、3节，经焊接后组成完整的内护筒结构；调整为Ф1.25m钻头进行扩孔，于地表埋设2节护筒，避免漏浆塌方；适度冲孔至25.6m，利用汽车吊向孔内放置内护筒，放置过程中严格控制内护筒的姿态，避免磕碰；两段护筒的焊接作业在孔口处完成，焊接成型且无质量问题后继续下放；护筒底口落至孔深25.6m的位置时，在孔口护筒处焊接吊筋，避免内护筒失稳下滑；在前述基础上，用Ф1m的原钻头造浆钻进。

3.2.3 遇多层溶洞时的浇筑素混凝土应对措施

码头平台某钻孔桩的桩底标高-26.7m，护筒直径1.5m、标高17.64m，溶洞位置集中在-6.3m至-9.2m，-9.6m至-14.6m，-15.5m至-18.8m三处。钻孔期间漏浆，采取回填黄土块石的方法后恢复正常钻进状态，但后续有塌孔、窜孔现象，继续采取回填措施并复钻，即便经过多次处理，现场施工条件依然较差，钻进结果显示孔内有持续性的溶洞填充物涌入，钻进过程中漏浆问题严重。孔深达到34m时，快速回淤至孔深26m处，根据溶洞的位置分布特点，从第三层溶洞顶部回淤至第一层溶洞底部，钻进进尺始终无法继续增加。并且，在溶洞地质条件的影响下，入岩部分的偏孔现象明显[3]。

溶洞填充物的流动性强且溶洞由多层组成，根据溶洞的特性采用造浓浆冲孔逐层浇筑的方法，浇筑材料采用素混凝土；按照1.4左右的泥浆比重造浓浆，循环冲孔直至到位为止。钻进至36m时出现无法继续进尺的状况，采取浓泥浆循环护壁的方法，并用混凝土做封堵处理，避免回淤。混凝土浇筑位置超过溶洞顶部2～4m，施工状况表明混凝土面可正常升高并在某时间节点维持稳定，待混凝土凝固24h后进入复钻环节，此阶段钻进至超过溶洞第三层底部2m，继续浇筑封堵、复钻成孔。

3.3 混凝土浇筑

3.3.1 混凝土泄漏时的浇筑措施

钻孔桩的混凝土浇筑现场为溶岩地区时，浇筑期间存在混凝土面突然下降的状况，若混凝土未及时跟进，浇筑成型的桩体结构普遍存在断桩问题。因此，加强混凝土的供应和浇筑是避免断桩的关键，为现场浇筑施工配备足量的混凝土罐车，规划混凝土输送方式，实现混凝土的持续性供给。

混凝土浇筑期间存在溶洞漏浆问题时，通常以持续跟进混凝土灌注的方法应对，但若操作不当，则无法保证处理的有效性，混凝土泄漏的问题仍持续发生，浇筑作业仍进行但混凝土面的标高无法上升至设计要求的位置，在此状态下，顶部混凝土凝固板结，而下方的混凝土无法充满升高，严重时有埋管问题，直接影响混凝土浇筑的进度和质量，混凝土浪费量增加，严重抑制工程的经济效益。

混凝土漏浆时，可见混凝土面持续下降，降低至某特定的高度后维持相对稳定的状态，且观察此时的混凝土面不难发现其高于漏砼的部位。究其原因，溶洞壁由于受损而漏浆时，周边的水渗入溶洞内并联通，因此漏砼部位和对应水深的压强几乎相当，此时的混凝土面相对稳定。

暂不考虑阻力的影响，认为孔内砼压力与江水水头压力平衡时的高度为混凝土面下落至最低点的位置，即：

式中：ρ水为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；h1为水面至漏浆处的高度，m；ρ混为混凝土的密度，kg/m3；h2为砼面至溶洞漏浆处的高度，m；。

可得：h2=1/2.4h1。

按照前述方法计算后，初步确定混凝土面下落的高度，但现场施工条件复杂，溶洞内填充物、溶洞的规模等因素均会对混凝土面的高度造成影响，因此结合实际状况更加精准地采取控制措施。混凝土面长期停留在某处并且即便持续浇筑混凝土也依然无高度变化时，测量此时混凝土面的高度；为减小混凝土灌注对漏砼部位产生的冲击力，减小导管埋深至2m左右；在混凝土拌和阶段适当降低坍落度，确保漏砼区域周边有一定的砼堆积初凝现象；考虑到泵管易堵塞的问题，在砼达到初凝状态前每15min进行一次冲管作业，适当活动导管以免埋置在混凝土内。按前述方法处理后，后续施工期间混凝土面有上升时，表明处理效果较佳，可完成剩余部分的施工作业；否则，表明混凝土仍然外漏，需重复操作直至妥善解决混凝土泄漏的问题为止。

3.3.2 防止混凝土漏失的措施

钢筋笼下放前做好准备，对于施工现场存在的高度不超过1m的小型溶洞，采取将土工布包裹至钢筋笼的方法，缠绕层数控制在2～3层，增设保护层垫块，起到保护作用。严格控制桩径和嵌岩深度，避免混凝土从小溶洞位置流失。

4.多溶洞地质条件下钻孔灌注桩施工工艺总结

经过前述的分析，总结在多溶洞地质条件下的钻孔灌注桩施工要点：

（1）遵循因地制宜的原则，从现场地质条件和水文条件出发，制定科学可行的施工方案；加强方案论证，优化不足之处，在源头上规避异常状况；施工前安排技术交底和安全交底，使工程人员掌握各桩基所在部位的施工条件，做到心中有数。

（2）钻进期间遇溶洞时，结合技术资料采取针对性的控制措施，保证施工安全和施工质量；回填黄土块石属于常见的方法，具有操作便捷、成本低的优势；下放内护筒也具有可行性，但必须精准控制孔的孔径、垂直度，以免由于岩面状况的影响而无法正常施工；浇筑素混凝土的应用效果较佳，几乎在各类型的溶洞中均具有可行性。由此看来，溶洞的处理方法较多，但各自的适应性、操作要点、应用效果均具有特殊性，需根据现场施工条件、钻孔灌注桩的施工要求等方面做合理的选择，力争以便捷的方式妥善处理溶洞。

（3）钻孔灌注桩施工发生在多溶洞地质条件中时，桩的施工对混凝土的需求较为旺盛，需要提高混凝土的生产能力和运输能力，及时向施工现场提供充足的混凝土。从机械设备配置的角度来看，宜采用大容量的混凝土搅拌机，并有备用设备，确保正在运行的搅拌机出现异常后能够随即启用备用设备，继续生产混凝土，避免现场停机等料。